Сможет ли человечество построить мир-кольцо?

Парящие в космосе гигантские конструкции, пользующиеся энергией звезд, могут стать домом для всего человечества. Но, как убедился корреспондент BBC Future, построить их будет очень и очень сложно.

Гигантские искусственные миры в форме колец, вращающиеся вокруг далеких звезд, прочно закрепились в мире научной фантастики. Их безупречные пейзажи, расположенные на внутренней поверхности тонких кольцеобразных конструкций, волнуют наше воображение. Миры-кольца стали привычной темой в обсуждениях будущего человеческой цивилизации...

«Все это, конечно же, ерунда», — говорит бывший профессор Фримен Дайсон. Как же так? Ведь именно он популяризовал идею подобных космических сооружений — один из вариантов этой концепции получил название сферы Дайсона. Ученый в свою очередь заимствовал эту идею из фантастического романа Олафа Стэплдона «Создатель звезд» (1937 г.), в котором путешественник-землянин натыкается на мегасооружения, построенные, чтобы пользоваться энергией звезд. Дайсон воображал себе свою сферу как оболочку большого радиуса, поглощающую максимум энергии от находящейся внутри радиуса звезды, но авторы научной фантастики решили еще и населить эти сферы живыми обитателями.

Через 10 лет после того, как в журнале Science в 1960 году появилась статья ученого о сферах, писатель Ларри Нивен взял экваториальное кольцо сферы Дайсона и превратил его в место действия романов серии «Мир-кольцо».

Кольцеобразные миры с тех пор фигурировали, помимо прочего, в видеоиграх Halo, в фильме 2013 года «Элизиум: Рай не на Земле» и в романах цикла «Культура» шотландского фантаста Иэна Бэнкса.

В Halo это огромные искусственные сооружения, люди в них живут на внутренней части, а внешняя сторона защищена прочной оболочкой.

В фильме Нила Блокампа «Элизиум» кольцевой мир находится на земной орбите и скорее напоминает гигантскую космическую станцию. Но возможно ли в принципе создать нечто подобное в реальной жизни?

Как и во многих других случаях, значение имеет размер. Гипотетические миры-кольца огромны, и на их постройку уйдет невероятное количество материалов и энергии.

Астероиды как строительный материал

Тем не менее в космосе существуют места, где эти материалы можно взять. К примеру, пояс Койпера — район Солнечной системы, простирающийся за орбитой Нептуна на расстояние почти в три миллиарда километров. Он наполнен напоминающими астероиды небесными телами и может представлять собой идеальный источник стройматериалов.

«В поясе Койпера достаточно материалов, чтобы построить все что угодно, — говорит писатель-фантаст и бывший астроном-исследователь Аластер Рейнольдс. — Мы можем собрать все маленькие астероиды, очистить их от нестабильных составляющих и получить попросту камень, из которого можно выстроить невероятные сооружения».

Но с ним не соглашается астроном Кэти Мак: «Объекты в поясе Койпера находятся довольно далеко друг от друга, а ведь вам придется собрать множество небесных тел, чтобы получить достаточное количество материи».

Если (и это очень большое «если») у человечества в будущем найдется достаточно времени и ресурсов на то, чтобы собрать стройматериалы в поясе Койпера и доставить их на нужную орбиту, то камня на создание мира-кольца хватит. Но тут возникает другой вопрос: оправдается ли вообще вложение гигантских ресурсов в подобное предприятие?

Миру-кольцу будет необходима гравитация в каком-то ее виде. В противном случае все, в том числе и поддерживающая жизнедеятельность обитателей атмосфера, улетит в открытый космос. Самый распространенный метод создания искусственной силы тяжести — это использование центробежной силы, возникающей при вращении. Но заставить столь монструозный объект вращаться с необходимой скоростью будет нетривиальной задачей.

Придется предпринять все меры для того, чтобы обусловленные вращением силы были распределены равномерно — в противном случае конструкцию может разорвать на части. К счастью, космос — это среда, где отсутствует сопротивление воздуха, поэтому кольцо, однажды раскрученное до нужной скорости, почти не будет замедляться.

Чем больше диаметр кольцевого мира, тем более сильным нагрузкам он будет подвергаться при вращении. По словам Мак, точные значения этих нагрузок будут зависеть от того, «насколько вы близко к звезде и какой гравитации хотите добиться».

Колоссальная сила

Если предположить, что мир-кольцо имеет диаметр, равный диаметру земной орбиты (в среднем около 300 миллионов километров), и ему требуется такая же сила тяжести, как на самой Земле, то ему придется вращаться со скоростью примерно в два миллиона километров в час. Возникающие в конструкции нагрузки будут такими колоссальными, что, как говорит Мак, нам, возможно, «придется придумать новый способ связывать атомы между собой, создать гораздо более крепкие связи, чем известны нам сейчас».

«Нагрузки становятся проблемой уже тогда, когда вы строите всего лишь небольшую космическую станцию, — поясняет Рейнольдс. — А представьте себе конструкцию масштабов Солнечной системы».

Одним из теоретических способов решить эту задачу может быть применение пьезоэлектрических технологий — то есть, проще говоря, искусственное укрепление материалов за счет пропускания сквозь них тока.

Но, памятуя о размерах кольцевых миров и о требующихся количествах электричества, можно с уверенностью сказать, что проект будет трудновыполнимым и очень неэффективным. К тому же применение пьезоэлектричества означает необходимость равномерно распределить подачу тока по всей конструкции — и не нужно забывать об опасности возможных энергетических перебоев.

Еще одна проблема, с которой столкнутся создатели кольцевых миров — это поддержание заданной орбиты вокруг звезды. Рейнольдс вспоминает, что вскоре после публикации первого романа Ларри Нивена о мире-кольце «его поклонники подсчитали, что если кольцо сместится чуть ближе к звезде, оно потеряет равновесие, начнет притягиваться к звезде и в итоге взорвется».

Нивен попытался найти решение в последующих романах серии, придумав специальные ракеты, расположенные с внешней стороны кольца, которые позволяли бы стабилизировать положение конструкции и удерживать звезду точно в ее центре.

Хорошо, предположим, что в будущем человеческая цивилизация обретет возможность создавать масштабные космические проекты; придумает способ укрепить кольцо, чтобы его не разорвали силы вращения; разработает метод поддержания нужной орбиты всей конструкции. Зачем вообще будет нужно такое кольцо?

«Орбиталища» из цикла романов «Культура» Иэна Бэнкса выполняют роль гигантских космических жилых комплексов. В серии видеоигр Halo кольца — это гигантские средства уничтожения, созданные для того, чтобы взорваться и ликвидировать инопланетный вирус. Фримен Дайсон же задумывал свои сферы как средство извлечения максимального количества энергии из звезды, а не как альтернативу терраформированию, то есть созданию подходящих для человека условий на необитаемых планетах.

Мак говорит: «Теоретически мы могли бы построить мир-кольцо вместо того, чтобы терраформировать уже существующие миры». Однако она считает, что это не самое эффективное решение. «Любая цивилизация, способная успешно построить кольцевой мир, пожалуй, с тем же успехом сможет найти каменистую планету на подходящей орбите и приспособить ее для жизни».

Для терраформирования будут необходимы другие технологии, но общий уровень развития цивилизации нужен примерно такой же. Несмотря на масштабность и красоту идеи, мир-кольцо — это научно нецелесообразный и очень неэффективный звездно-инженерный проект. «Это попытка решить несуществующую проблему», — резюмирует Рейнольдс.